覃紅玉

（中廣核工程設(shè)計有限公司電氣所，廣東 深圳518057）

紅沿河核電項目二期輔助電源是一期工程的擴建，其6.6kV用電負(fù)荷大部分集中在二期核島電氣廠房（LX）內(nèi)，距離與一期共用的220kV輔助開關(guān)站（TD樓）內(nèi)的電源端較遠(yuǎn)，6.6kV電纜敷設(shè)距離達到1.4km。經(jīng)計算，系統(tǒng)電容電流達29.068A，超過規(guī)范要求。

為了使系統(tǒng)安全運行，本文主要從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面對方案進行了比選，推薦選擇6.6kV回路并采用經(jīng)消弧線圈補償?shù)慕拥胤绞健?/p>

1 問題的提出

1.1 已建紅沿河核電項目一期輔助電源6.6kV中性點的接地方式

紅沿河核電項目一期輔助電源6.6kV系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)。中性點不接地方式的優(yōu)點如下：

（1）當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，流過故障點的電流為對地的電容性電流，因而減小了設(shè)備的損害程度；

（2）當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，三相的線電壓對稱性沒被破壞，可繼續(xù)為用戶供電，提高了供電的連續(xù)性和可靠性，特別是發(fā)生單相瞬間對地短路時更顯優(yōu)勢；當(dāng)廠用電系統(tǒng)單相電流小于10A時，允許繼續(xù)運行2h，為處理故障贏得時間；

（3）無需中性點接地裝置；

（4）運行經(jīng)驗豐富，在火電廠和核電廠有著廣泛的應(yīng)用。

中性點不接地方式的缺點如下：

（1）當(dāng)不能將該系統(tǒng)的對地電容電流控制在允許范圍內(nèi)，即電容電流大于10A時，接地電弧不能自動消除，易形成周期性重燃，可能引起系統(tǒng)的過電壓，且過電壓的數(shù)值可達3.5倍相電壓，易發(fā)展為相間短路；

（2）實現(xiàn)有選擇的接地保護比較困難。中性點不接地方式適用于單相接地電容電流小于10A、對供電連續(xù)性要求較高的高壓廠用電系統(tǒng)。

1.2 國內(nèi)電網(wǎng)、電廠6～10kV系統(tǒng)中性點接

地方式

目前，國內(nèi)電網(wǎng)6～10kV系統(tǒng)、火電廠與核電廠高壓廠用電系統(tǒng)主要采用的中性點接地方式見表1，各種中性點接地方式的比較見表2。

表1 國內(nèi)電網(wǎng)6～10kV系統(tǒng)主要采用的中性點接地方式Table1 Neutral－point grounding mode of 6－10kV grid in China

表2 各種中性點接地方式的比較Table2 Comparison of neutral－point grounding modes

續(xù)表

1.3 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求

DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第13.3.2條規(guī)定：“當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流在7A及其以下時，其中性點宜采用高電阻接地方式，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時，其中性點宜采用低電阻接地方式，也可采用不接地方式?！?/p>

根據(jù)GB 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》第4.13.3條規(guī)定：當(dāng)電動機“單相接地電流為10A及以上時保護可動作于跳閘，單相接地電流為10A以下時保護可動作于跳閘，也可動作于信號”。

DL／T 5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》的第4.2.1條規(guī)定：“當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流小于或等于7A時，其中性點宜采用高電阻接地方式，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時，其中性點宜采用低電阻接地方式，也可采用不接地方式”。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T 620—1997《交流電氣裝置的過壓保護和絕緣配合》中明確規(guī)定，3～10kV配電網(wǎng)中單相接地電容電流大于10A時，要求安裝消弧線圈。

1.4 紅沿河核電項目二期存在的問題

由于紅沿河核電項目二期輔助電源6.6kV配電距離長且回路多，單臺機三相21根500mm2的電纜，5、6號機組總共42根，系統(tǒng)容性電流達到29.068A，超過規(guī)范要求。

2 降低電容電流的幾種措施

2.1 采用220kV電纜替代部分路徑的6.6kV電纜

（1）主接線設(shè)計將5、6號輔助變壓器（以下稱輔變）下放到二期廠區(qū)，采用220kV電纜將一期TD樓的六氟化硫全封閉組合電器（GIS）與5、6號輔變連接，縮短了6.6kV電纜傳輸?shù)木嚯x，大大減少了電纜傳輸所產(chǎn)生的容性電流，滿足規(guī)范要求。

（2）布置設(shè)計

在一期TD樓預(yù)留位置上擴建5、6號輔變出線GIS間隔，5、6號輔變及相應(yīng)的配套設(shè)施布置在二期廠區(qū)的西北角，輔變、隔離開關(guān)、避雷器及電纜終端為戶外常規(guī)布置，另新建6.6kV配電室、380V配電室、繼電器室、蓄電池室和工程師站等房間，單列布置。整個電氣室為一層建筑，面積6×57.3m2。

（3）小結(jié)

在不改變原系統(tǒng)接線方式的情況下，采用了更高電壓等級的220kV電纜，解決了系統(tǒng)電容電流超標(biāo)的問題，達到了安全運行的要求，但同時增加了運行電纜的級次，不方便管理，業(yè)主方不接受。

2.2 采用澆注母線替換部分大截面電纜

（1）系統(tǒng)分析

LGA、LGD、LGE、LGF、LGB、LGC 均 為6.6kV配電盤系統(tǒng)?？紤]到從高壓廠用電變壓器 到 LGA、LGD、LGE、LGF，由 輔 變 到LGB、LGC以及由1、2號機組公用6.6kV配電盤系統(tǒng)（9LGIA）到全廠公用6.6kV配電盤系統(tǒng)（0LGIA）采用澆注母線，澆注母線的敷設(shè)路徑參照電纜的敷設(shè)路徑。

（2）布置分析

從澆注母線與電力電纜的敷設(shè)方式分析，3 665A澆注母線外形（寬×高）為322mm×210mm，若采用電纜供電約需9～15根500mm2的電纜，其單根外徑約50mm，9～15根電纜采用橋架敷設(shè)，其所占截面約為500mm×400mm（2層寬500的橋架），可以看出澆注母線在敷設(shè)上對空間的要求比電纜對空間的要求還小。電纜橋架與澆注母線的安裝方式基本相同，現(xiàn)有安裝橋架的通道大多可以安裝澆注母線。

（3）小結(jié)

澆注母線具有載流量大、運行可靠性高、免維護、耐腐蝕、防爆、防火等特點，同時其與電纜橋架的安裝敷設(shè)方式接近，如在6.6kV廠用電系統(tǒng)供電干線上采用，替代現(xiàn)有的大截面單芯電纜，將大大減小電容電流。

由于澆注母線供應(yīng)商少，價格高，供貨不可靠，在陽江核電項目上才開始應(yīng)用，所以此方案亦未受到業(yè)主的青睞。

3 采用補償方式的可行性

3.1 消弧線圈在電網(wǎng)和常規(guī)電廠中的應(yīng)用

（1）中國南方電網(wǎng)220kV變電站典型設(shè)計方案中消弧線圈的應(yīng)用

典設(shè)方案中10kV接線：1、2、3號主變壓器（以下稱主變）各配置10回出線，最終共30回出線，10kV接線采用單母線雙分段四段母線接線，1、3號主變10kV側(cè)單斷路器進線，各帶10回10kV出線，2號主變10kV分雙臂經(jīng)雙斷路器各進1段10kV母線，每段母線各帶5回10kV出線。

10kV中性點的接地方式需根據(jù)具體工程單相接地電容電流確定，本方案按1～3號主變10kV母線上各設(shè)置1臺專用接地變壓器（共3臺），用于引接消弧線圈。

10kV消弧線圈接地成套裝置（自動調(diào)諧消弧線圈成套裝置）共3套，寬×深×高≤3 500mm×2 000mm×2 200mm，包括以下組件：接地變壓器 DKSC－630／10.5，接線組別（ZN）；消弧線圈 XHDCZ－630／10.5；阻尼電阻控制箱（或電容補償柜）；相應(yīng)配套的電流互感器、電壓互感器、避雷器、外殼箱體及內(nèi)部設(shè)備之間的連接電纜；微機型消弧線圈自動跟蹤調(diào)節(jié)器，包括控制柜（放置于控制室內(nèi)1控2）；微機小電流接地選線裝置（共42路）；配套避雷器應(yīng)含放電記錄器；不銹鋼或鋁合金箱體，IP40防護等級，溫控溫顯系統(tǒng)，配帶電顯示裝置，柜門配電磁鎖或具備掛微機五防鎖的條件。

（2）消弧線圈在常規(guī)電廠中的應(yīng)用

揚子石化熱電廠電力系統(tǒng)中6kV、35kV系統(tǒng)母線上直接帶有大量的電纜出線負(fù)荷，其中性點都采用經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。該廠通過工程改造，實現(xiàn)消弧線圈接地補償裝置自動調(diào)諧，在技術(shù)上是可行的。采用智能型消弧線圈接地補償裝置，提高了接地補償?shù)男?，保證了熱電廠電力系統(tǒng)的安全運行。

3.2 消弧線圈的作用原理

（1）規(guī)范及要求

DL／T 1057—2007《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》、DL／T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規(guī)定：在正常運行情況下，消弧線圈接地系統(tǒng)中性點的長時間電壓位移不應(yīng)超過系統(tǒng)標(biāo)稱相電壓的15%，消弧線圈宜采用過補償運行方式。

（2）作用原理

消弧線圈是1臺帶有間隙的分段鐵芯的可調(diào)電感線圈，其伏安特性組對于無間隙鐵芯線圈不易飽和，外形與單相變壓器相似。

圖1為補償電網(wǎng)單相接地故障圖，其中g(shù)x、Lx分別為消弧線圈的電導(dǎo)和電感；g1、g2、g3分別為三相對地電導(dǎo)；C1、C2、C3分別為三相對地電容；UN為中性點對地電壓。圖2為單相接地的等值電路圖，其中Id為接地點D處的接地電流；3C為等值電容。圖3為單相接地相量圖，其中Ic為電網(wǎng)電容電流；IL為消弧線圈補償電流。

圖1 配電網(wǎng)單相接地故障示意圖（圖中D、d都為接地點）Fig.1 Single－phase grounding fault

圖2 單相接地的等值電路圖Fig.2 Equivalent circuit of single－phase grounding

圖3 單相接地相量圖Fig.3 Vector diagram of single－phase grounding

由于消弧線圈是一個電感元件，因此相量圖中Ic和IL為方向相反的電流。如忽略導(dǎo)納影響，根據(jù)以上分析可以得出Id的數(shù)值為：

式中，j為復(fù)數(shù)的虛部單位；ω為角頻率；ωL為感抗。

由此可得：

又

當(dāng)Id＝0時，電網(wǎng)電容電流全部被消弧線圈補償。

消弧線圈的脫諧度v表征偏離諧振狀態(tài)的程度，可以用來描述消弧線圈的補償程度：

v的選取應(yīng)適當(dāng)。一方面，v減小不僅能減小單相接地弧道中的殘流，還可以降低恢復(fù)電壓的上升速度。由此可知，v越小越好；但另一方面，v減小會使消弧線圈分接頭數(shù)量增多，增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會使有載調(diào)節(jié)開關(guān)頻繁動作，降低設(shè)備運行的可靠性。運行經(jīng)驗表明，v不大于5%就能很好地滅弧，維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。

當(dāng)IL＞Ic即感抗小于容抗時，接地點出現(xiàn)多余的電感電流，這種補償稱過補償。過補償可以避免出現(xiàn)上述的過電壓，因此得到廣泛應(yīng)用。同時，消弧線圈還留有一定的裕度，也有利于將來電網(wǎng)發(fā)展。采用過補償，補償后的殘余電流一般不超過5～10A。運行實踐也證明，不同電壓等級的電網(wǎng)，只要殘余電流不超過允許值（6kV電網(wǎng)，殘余電流≤30A），接地電弧就會自動熄滅。

3.3 紅沿河核電項目二期采用消弧線圈的分

析計算和設(shè)備選型

（1）單相接地電容電流的計算依照《電力工程電氣設(shè)計手冊電氣一次部分》公式：

式中，S為電纜截面積；Ue為系統(tǒng)額定電壓；L為計算電纜長度。根據(jù)廠用電接線圖，初步匯總出廠用電系統(tǒng)的電纜長度（長度僅為估算），由式（5）得出的計算結(jié)果見表3。

輔變有2種工作狀況，計算時取最大工況1，輔變分別為LGC和LGB段供電，LGC與7LGI段間斷路器閉合，LGC段向7LGI段供電，同時LGC與LGD段間斷路器斷開；LGB與LGA段間斷路器斷開（同3號、4號機組，詳見圖4）。

表3 電容電流計算結(jié)果（以5號機組為例，6號機組相同）Table3 Calculation results of capacitive current（taking Unit 5as example，the same as Unit 6）

圖4 1臺輔變在最大工況下的系統(tǒng)接線圖Fig.4 System wiring with one auxiliary transformerunder maximum load condition

（2）消弧線圈選型及容量的確定

根據(jù)表3，修訂計算補償上、下限：上限＝Ic＋30%Ic；下限＝Ic－50%Ic。

容量計算公式：

式中，K為系數(shù)，過補償取1.35；Q為消弧線圈容量，kV·A。由式（6）得：Q＝1.35×29.068×，取上限：Q＝1.3×149.5＝194.39（kV·A）。

主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時電容電流的大小來確定消弧線圈容量，設(shè)備容量暫按200kV·A選取。

（3）接地變壓器的作用及容量選擇

采用普通變壓器引出中性點，雖然可以接入消弧線圈，但因為系統(tǒng)零序阻抗很大，建議對于自動調(diào)諧裝置的中性點采用Z型接線的專用接地變壓器，其主要特點是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，零序磁通相互抵消，這樣其零序阻抗就很小，便于補償電流的輸出。這種專用接地變壓器一、二次容量可以做成不相等，所以二次側(cè)可以帶專用負(fù)荷（如實現(xiàn)自動調(diào)諧的專用負(fù)荷）。

接地變壓器的容量應(yīng)與消弧線圈的容量相配合。當(dāng)接地變壓器只帶消弧線圈、無二次負(fù)載時，接地變壓器的容量與消弧線圈的容量相等即可。根據(jù)廠家配套，接地變壓器的容量選為250kV·A。

（4）設(shè)備規(guī)范及參數(shù)

接地變壓器：DKSC－250／6.6，接線組別（ZN）。

消弧線圈：XHDCZ－200／6.6 0－55A 可調(diào)，自動調(diào)諧5%。

4 結(jié)論

由于核電機組廠用電系統(tǒng)的持續(xù)變大，導(dǎo)致電容電流持續(xù)增加，不接地方式對于部分供電系統(tǒng)的供電連續(xù)性、降低系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的要求已經(jīng)有一定的風(fēng)險。為了保證核電廠安全、可靠、經(jīng)濟運行并滿足相關(guān)規(guī)范的要求，將單相接地電容電流較大（大于10A）系統(tǒng)的輔助變壓器中性點的接地方式改為經(jīng)微機控制消弧線圈接地，該方式具有保證供電連續(xù)性、限制單相接地電流、降低系統(tǒng)暫態(tài)過電壓、快速選線、安裝方式靈活以及經(jīng)濟性良好等優(yōu)勢。

綜上，此次紅沿河核電項目二期工程推薦采用經(jīng)消弧線圈補償?shù)慕拥胤绞健?/p>